(57)【要約】      （修正有）【課題】パッケージ厚を薄くしても機械的強度や密封性、電磁遮蔽性を保持できる低コストの表面実装型金属パッケージを提供する。【解決手段】開口と側壁を有し底面に貫通孔を設けた金属容器の表面を化学変化させて絶縁層１３を形成したベース部材１１と、絶縁層１３上に形成した貫通電極１４およびパターン電極１５と、ベース部材１１に搭載して貫通電極１４および所望のパターン電極１５に電気接続した電子デバイスと、電子デバイスをベース部材の内側に配置して封止するリッド部材を備え、貫通電極１４は貫通孔内壁の絶縁層１３に封着するとともにパターン電極１５と電気接続して、金属容器内の貫通電極１５に例えば半導体素子や圧電素子などの電子デバイスを接続し、さらに電子デバイスを蓋った金属板または金属キャップからなるリッド部材の周辺部分と、ベース部材１１の周辺とを一体接合し気密封着した薄型金属パッケージ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口と側壁を有し底面に貫通孔を設けた金属容器の表面を化学変化させて絶縁層を形成したベース部材と、この絶縁層上に形成した貫通電極およびパターン電極と、前記ベース部材に搭載して前記貫通電極および所望の前記パターン電極に電気接続した電子デバイスと、この電子デバイスを前記ベース部材の内側に配置して封止するリッド部材とを備え、金属容器内に収容した前記電子デバイスを蓋った前記リッド部材の周辺部分と、前記ベース部材の周辺とを一体接合し気密封着したことを特徴とする薄型金属パッケージ。
【請求項２】
前記ベース部材は、母材金属の表面を化学変化させた酸化物皮膜または水酸化物皮膜からなる絶縁層で表面被覆したことを特徴とする請求項１に記載の薄型金属パッケージ。
【請求項３】
前記ベース部材は、アルミニウムまたはアルミ合金の母材金属の表面を陽極酸化させて形成したアルマイト絶縁層で表面被覆したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄型金属パッケージ。
【請求項４】
前記電子デバイスは、水晶片、圧電素子片、半導体素子、センサ素子、フィルタ素子の少なくとも何れか１つを含んだことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか一つに記載の薄型金属パッケージを用いた電子デバイス。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子・電気部品のパッケージに関し、特に金属パッケージの基材表面を該基材から生成させた絶縁膜で覆ったことを特徴とする電子部品用パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やノートパソコン等のモバイル電子機器は、小型化、薄型化に加えて高精度の高速データ処理が求められる様になった。それに従って電子機器内に組み込まれる電子部品も一段と小型、薄型かつ高精度でより安価なものが要求されている。所定のパッケージに水晶片・圧電デバイス片を収容して構成される水晶振動子・フィルタ・発振器などの表面実装型電子部品デバイスも同様の傾向にある。これら圧電素子の特性安定性及び品質の高信頼性は、外部からの衝撃に対する機械的強度や密封性、電磁遮蔽性能などに掛かっており、最近、機械的強度、電磁遮蔽性などが劣る旧来のセラミック製パッケージに替えて、小型化に対応しパッケージ厚を薄くしても機械的強度や密封性、電磁遮蔽性能を保持できる金属パッケージを用いた表面実装型電子部品デバイスが提案されている。例えば、特許文献１に示される小型電子部品は、金属板の表面を非導電性材料でコーティングした基板と、この基板に搭載した水晶片と、この水晶片を覆うように基板に固定された金属製上板とからなり、この上板と基板との間に球形状のスペーサを介在して封止用接着剤で固定したものである。そして、絶縁材を構成する非導電性材料には合成樹脂を使用して樹脂液中に金属板を浸漬させてコーティングすることを開示している。
【０００３】
また、特許文献２に示される薄型金属パッケージは、金属薄板に絶縁材をコーティングしてセラミクス膜を形成したベース部材と、このセラミクス膜上に形成したパターン電極と、ベース部材上に搭載してパターン電極に接続配線した水晶片と、この水晶片を気密封止するリッド部材とを具備した薄型金属パッケージも知られている。上記金属薄板は水晶片と略同じ熱膨張係数に選定して、電子デバイスを含めてリッド部材の周辺部分とベース部材の周辺とを一体接合して気密封着され、金属薄板全面の絶縁材は、化学的蒸着（ＣＶＤ）法またはエアロゾルデポジション（ＡＤ）法によりコーティングしたセラミクス膜で形成することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−０２３１２０号公報
【特許文献２】特開２００６−０４１２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に示される小型電子部品は、機械的強度に注目して改善提案されたものであるが、実用化において絶縁材のコーティングに多くの問題を抱えていた。例えば、使用する部材間の熱膨張係数の不整合からコーティングや搭載部品に剥離や亀裂の発生など不具合が生じたりしていた。また、絶縁材のコーティングに伴う不具合として絶縁層の不均一化が生じ、複数の導出端子用導電路の表面状態にばらつきが生じて端子の接続面が不揃いになったり、導出部分相互の直立平行度で一部に傾きが生じて修正を余儀なくされたりしていた。加えて、コーティング作業では高度な熟練と多大の工数を必要とし、組立てに球形のスぺーサを必要とするので、結果的にパッケージ加工コストと共に選択材料の原価コストが高くなり、表面実装に適する低コスト金属パッケージの提供が難しいなどの欠点があった。
【０００６】
特許文献２に示される薄型金属パッケージは、成膜速度が比較的速く常温常圧に近い温和な雰囲気下での作業条件も選択できるなど、特許文献１の欠点を解消するものと期待されたが、ＣＶＤ法においては、表面被覆性は良好であるが反応ガス供給量の多い所と少ない所で膜厚の不均一が生じやすく、ＡＤ法においてもセラミック微粒子が当たりやすい平坦面と当たりにくい凹面内壁や貫通孔内壁などで膜厚が不均一となりやすい部位があり、小型パッケージにおいてもこれを完全に解消することができなかった。また、絶縁層に所定以上の厚みを必要とする場合に対応し難いことや高価な専用装置を必要とすることなど、依然として表面実装に適する金属パッケージを低コストで提供することは困難であった。
【０００７】
したがって、本発明は上記の欠陥に鑑みて提案されたものであり、金属ケースの基材表面にこの基材から直接生成させた絶縁層を設けたことを特徴とする絶縁層付きベース部材を提供し、もって加工費を安価にする表面実装に好適な薄型金属パッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると開口と側壁を有し底面に貫通孔を設けた金属容器の表面を化学変化させて絶縁層を形成したベース部材と、この絶縁層上に形成した貫通電極およびパターン電極と、ベース部材に搭載して貫通電極および所望のパターン電極に電気接続した電子デバイスと、この電子デバイスをベース部材の内側に配置して封止するリッド部材とを備え、金属容器内に収容した電子デバイスを蓋ったリッド部材の周辺部分と、ベース部材の周辺とを一体接合し気密封着した薄型金属パッケージを提供する。ここでベース部材は、その母材となる金属の表面を化学変化させた絶縁層で覆われており、この絶縁層上にパターン電極および貫通金属を設けた構造を有する。従って、本発明のベース部材に設けた絶縁層は、外側から被覆材料を供給してコーティングされた塗布皮膜や積層皮膜ではなく、ベース部材を構成する母材金属そのものの表面が化学反応により絶縁材に変化した絶縁層を用いている。
【発明の効果】
【０００９】
ベース部材を構成する母材金属の表面を化学反応により直接変化させた絶縁層を用いるため、任意の厚さの均一な絶縁層を容易に得ることができる。ベース部材およびリッド部材ともに金属材を利用できるので、機械的強度、密封性、電磁遮蔽性能に優れた薄型金属パッケージを提供することができ、電子デバイスの特性安定化および高信頼性に寄与する。金属パッケージとすることで、旧来のセラミックパッケージに比べ寸法精度を向上でき、また、貫通電極にガラス封止を施す必要が無いので、パッケージ寸法のより一層の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る電子デバイス搭載前のパッケージ用ベース部材１０であり、（ａ）はその平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【図２】本発明に係る薄型金属パッケージの部品部材を分解した斜視図を示す。
【図３】本発明の実施例１の表面実装用薄型金属パッケージ３０であり、（Ａ）はその平面図を示し、（Ｂ）はその断面図を示し、（Ｃ）はその下面図を示す。
【図４】本発明の実施例２の表面実装用薄型金属パッケージ４０であり、（Ａ）はその平面図を示し、（Ｂ）はその断面図を示し、（Ｃ）はその下面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態は、開口と側壁を有し底面に貫通孔を設けた金属容器の表面を化学変化させて絶縁層を形成したベース部材と、この絶縁層上に形成した貫通電極およびパターン電極と、ベース部材に搭載して貫通電極および所望のパターン電極に電気接続した電子デバイスと、この電子デバイスをベース部材の内側に配置して封止するリッド部材とを備えた金属パッケージであって、貫通電極は貫通孔内壁の絶縁層に封着するとともにパターン電極と電気接続して、金属容器内の貫通電極に例えば半導体素子や圧電素子などの電子デバイスを接続し、さらに電子デバイスを蓋った金属板または金属キャップからなるリッド部材の周辺部分と、ベース部材の周辺とを一体接合し気密封着した薄型金属パッケージである。
【００１２】
ここで、ベース部材に形成された絶縁層は、特に母材金属から直接生成させた金属酸化物、金属水酸化物等の絶縁性の金属化合物からなり、ベース部材を陽極酸化させて設けた陽極酸化膜が好適に利用できる。例えば、希硫酸、蓚酸、クロム酸、燐酸、硼酸などの水溶液を処理浴に用いて、ベース部材のアルミニウムまたはアルミ合金を陽極として電気分解することにより、ベース部材の表面を電気化学的に酸化させて多孔質アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）絶縁層を生成させ、これを水洗した後、必要に応じて沸騰水または酢酸ニッケルの高温水溶液、加圧水蒸気などで処理し、孔壁を水和膨張させて封孔させてもよい。また、少なくともベース部材とリッド部材の熱膨張係数を略同じ熱膨張係数に選定するのが好ましく、より好ましくはベース部材とリッド部材は同一金属を用いるのが良いが、リッド部材はベース部材と同じ絶縁層を設けた表面または絶縁層を施さない表面の何れかを選択できる。
【００１３】
絶縁層を設けたベース部材の貫通孔に貫通電極用の金属ろう材を装着して、これを加熱溶融させて貫通孔に充填し封止する。このとき貫通孔内壁は絶縁層が形成してあるのでベース部材と貫通電極の金属ろう材とは絶縁が確保されて固着される。なお、金属ろう材の加熱手段は、熱による溶融であればよく特に限定しないが、例えば、通炉、レーザー加熱、高周波加熱などを好適に利用することができる。その後、ベース部材外側の絶縁層上にパターン電極を構成する金属ペースト材を印刷し、これを焼成してベース部材に固着させる。このときもパターン電極は、絶縁層を間に挟んでベース部材に固着されるので、ベース部材とパターン電極とは絶縁が確保され、同時にパターン電極の幾つかは貫通電極と接続される。そして、導電性接着剤または金属ペーストやバンプなどの金属材を用いて、ベース部材の内側に設けた貫通電極に電子デバイスのチツプを接続した後、ベース部材の開口をリッド部材で覆って、ベース部材とリッド部材の周辺をシーム溶接または低温ガラス封止を用いて接合し気密封止する。
【実施例】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。本発明の実施例１の表面実装用薄型金属パッケージ３０は、図１ないし図３に示すように、開口と側壁を有し底面に貫通孔を設けたアルミニウム製容器１２の表面を陽極酸化させてアルマイト絶縁層１３を形成したベース部材１１と、この絶縁層１３上に形成したＳｎ−Ｃｕ合金の貫通電極１４およびＡｇパターン電極１５と、アルマイト製ベース部材１１に搭載して貫通電極１４および所定箇所のＡｇパターン電極１５に電気接続された水晶片１６と、この水晶片１６をアルマイト製ベース部材１１の内側に配置して封止するアルミ製リッド部材１７とを備えた金属パッケージである。この表面実装用薄型金属パッケージ３０は、図１に示すようにアルマイト絶縁層１３を設けたベース部材１１の貫通孔に貫通電極用のＳｎ−Ｃｕ合金製はんだボールを装着して、炉中で加熱しはんだボールを溶融させて貫通孔を充填し気密封止する。このとき貫通孔内壁はアルマイト絶縁層１３が形成されているのでベース部材１１とＳｎ−Ｃｕ合金の貫通電極１４とは絶縁が確保されて固着される。その後、ベース部材１１外側のアルマイト絶縁層上にパターン電極１５を構成するＡｇペースト材を印刷し、これを焼成してアルマイト製ベース部材１１に固着させる。このときもＡｇパターン電極１５は、アルマイト絶縁層１３を間に挟んでベース部材１１に固着されるので、アルマイト製ベース部材１１とＡｇパターン電極１５とは絶縁が確保され、同時にＡｇパターン電極１５の幾つかはＳｎ−Ｃｕ合金の貫通電極１４と接続される。そして、図３（Ｂ）の断面図に示すように、導電性接着剤１８を用いて、アルマイト製ベース部材１１の内側に設けたＳｎ−Ｃｕ合金の貫通電極１４に水晶片１６を接続した後、アルマイト製ベース部材１１の開口をアルミ製リッド部材１７で覆って、ベース部材１１とリッド部材１７の周辺をシーム溶接による溶接部１９で接合し気密封止した薄型金属パッケージ３０とする。
【００１５】
本発明の実施例２の表面実装用薄型金属パッケージ４０は、図４に示すように、開口と側壁を有し底面に貫通孔を設けたアルミニウム製容器４２の表面を陽極酸化させてアルマイト絶縁層４３を形成したベース部材４１と、この絶縁層４３上に形成したＡｕ−Ｓｎ合金の貫通電極４４およびＡｇパターン電極４５と、アルマイト製ベース部材４１に搭載して貫通電極４４および所定箇所のＡｇパターン電極４５に電気接続された水晶片４６と、この水晶片４６をアルマイト製ベース部材４１の内側に配置して封止するアルミ製リッド部材４７とを備えた金属パッケージである。この表面実装用薄型金属パッケージ４０は、アルマイト絶縁層４３を設けたベース部材４１の貫通孔に貫通電極用のＡｕ−Ｓｎ合金ロウ材からなる金属ボールを装着して、高周波で加熱し金属ボールを溶融させて貫通孔を充填し気密封止する。このとき貫通孔内壁はアルマイト絶縁層４３が形成されているのでベース部材４１とＡｕ−Ｓｎ合金の貫通電極４４とは絶縁が確保されて固着される。その後、ベース部材４１外側のアルマイト絶縁層上にパターン電極４５を構成するＡｇペースト材を印刷し、これを焼成してアルマイト製ベース部材４１に固着させる。このときもＡｇパターン電極４５は、アルマイト絶縁層４３を間に挟んでベース部材４１に固着されるので、アルマイト製ベース部材４１とＡｇパターン電極４５とは絶縁が確保され、同時にＡｇパターン電極４５の幾つかはＡｕ−Ｓｎ合金の貫通電極４４と接続される。そして、図４（Ｂ）の断面図に示すように、Ｓｎ−Ａｇはんだペースト４８を用いて、アルマイト製ベース部材４１の内側に設けたＡｕ−Ｓｎ合金の貫通電極４４に水晶片４６を接続した後、アルマイト製ベース部材４１の開口を、該ベース部材と同様の絶縁層を有するアルマイト製リッド部材４７で覆って、ベース部材４１とリッド部材４７の周辺を低融点ガラス材４９で接合し気密封止した薄型金属パッケージ４０とする。
【００１６】
本発明の実施例１および実施例２の表面実装用薄型金属パッケージは、ベース部材およびリッド部材ともに熱伝導の良いアルミニウム材を用いているので、ベース部材とリッド部材をシーム溶接する際、欠陥のない連続溶接面が容易に形成でき効率好くパッケージを気密封止することができ、同一材料を用いているので熱膨張係数が同一のため高気密性かつ気密信頼性の高い金属パッケージを実現できる。また、金属製の筐体を用いることで、電磁遮蔽性能や放熱特性に優れ電子デバイスの特性安定化および高信頼性に寄与する。金属パッケージとすることで、旧来のセラミックパッケージに比べ寸法精度を向上でき、また、貫通電極にガラス封止を施す必要が無いので、パッケージ寸法のより一層の小型化が可能となる。また、本発明に係る電子デバイス１６および４６は水晶片に限定されず、水晶片に替えて、半導体素子、センサ素子、圧電素子片、フィルタ素子等を搭載した半導体デバイス、センサデバイス、圧電振動子、フィルタデバイスなどに変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明は、表面実装用の薄型金属パッケージに用いられ、特に高信頼性を要求される半導体デバイス、センサデバイス、圧電振動子、フィルタデバイスなどの気密パッケージに有効である。
【符号の説明】
【００１８】
１０・・・電子デバイス搭載前のパッケージ用ベース部材、
１１，４１・・・ベース部材（容器本体）、  １２，４２・・・金属容器（母材）、
１３，４３・・・絶縁層、  １４，４４・・・貫通電極、
１５，４５・・・パターン電極、  １６，４６・・・電子デバイス（水晶片）、
１７，４７・・・リッド部材、  １８・・・導電性接着剤、
１９・・・溶接部、  ４９・・・低融点ガラス材、
３０，４０・・・表面実装用薄型金属パッケージ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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